二维微动工作台分析及其优化设计方法

设计了一种压电陶瓷驱动的二维微动工作台,采用结构力学理论建立了工作台的简化模型,并推导出工作台沿x、y方向刚度计算表达式。将工作台简化为2自由度弹簧一质点系统,得出其前二阶固有频率计算表达式。通过微动工作台固有频率及沿x、y方向刚度的试验测试,验证了解析法和有限元法用于微动工作台设计分析的可行性。采用有限元法,研究了微动工作台的直角平板柔性铰链特征参数对微动工作台性能的影响。有限元分析结果表明:当平板柔性铰链长度较小或铰链宽度较大时,其刚度、频率及驱动力较高,然而铰链根部应力集中也较严重。通过改变柔性铰链的特征参数,可达到控制和优化工作台固有频率、输出位移、应力分布及驱动力响应的目的,并提出一种优化设计微动工作台柔性铰链的简易方法。     

基于柔性铰链结构的新型双向微动工作台的研究

基于柔性铰链结构的新型双向微动工作台的研究＊高鹏（北京航空航天大学北京１０００８３）袁哲俊姚英学（哈尔滨工业大学哈尔滨１５０００１）０引言以柔性铰链为导向机构的超高精度微动工作台已被广泛用于能束加工、超精密检测、微操作系统等要求具有纳米级定位分辨率的...     

平面三自由度微动工作台的输入耦合分析

基于线性分析理论，建立了柔性铰链式平面三自由度精密定位平台的分析模型；提出了一种计算该类工作台输入耦合的线性求解方法，该方法具有求解简便和计算量小等优点；针对微动工作平台的特点建立了有限元分析模型，通过有限元仿真，验证了线性法的正确性；讨论了有关参数对工作台输入耦合的影响程度，给出了对输入耦合有较大影响的设计参数。研究结果对设计低耦合输入微动工作平台具有指导意义。     

基于双向平面四杆机构的二维微动工作台的设计与有限元分析

基于双向平面四杆机构设计出了二维微动工作台,该工作台采用了内外双层柔性铰链支撑结构,利用压电陶瓷驱动,具有结构简单、加工方便等优点。为了验证该工作台能达到预期效果,在Pro/E中建模再导入ANSYS中进行静态分析,分析结果与计算结果吻合较好。同时在ANSYS中对微动工作台施加X和Y向不同力时,得到X和Y向位移及工作台的最大应力,通过比较得到位移与力成正比,应力与位移成正比,与公式一致,最后建立了微动工作台的动态模型,解析计算与有限元模态分析求解固有频率基本一致,说明该微动工作台基本满足要求。     

三自由度精密定位工作台的设计与仿真

研究设计一种以压电陶瓷为驱动器,柔性铰链机构为导轨的精密定位工作台.分析和计算柔性铰链微位移放大机构的位移放大倍数和静态刚度,建立精密定位工作台的输入输出方程,确定微定位工作台各自由度的变形量与压电陶瓷驱动器伸缩量之间的关系.最后使用ANSYS软件对微定位工作台的运动进行仿真,给出微动平台的运动范围.     

新型二自由度微动工作台的设计和有限元分析

介绍了一种无耦合运动的二自由度微位移工作台,该结构便于微位移工作台尺寸的小型化。文中推导了工作台载荷与位移的关系式;采用有限元的方法对工作台三维模型进行仿真计算,得到该工作台对应于载荷的位移和应力值。有限元计算的结果和推导公式的计算结果相吻合。     

微动工作台的误差源分析

并联微动工作台广泛用于高精度场合,制造误差、装配误差、以及工作过程中温度与重力的作用都会影响到终端定位精度,因此有必要对误差源进行研究.以一种3-PPTTRS微动工作台为例,利用矢量闭环,在微动工作台单支链标准模型的基础上建立基于杆长的误差模型和基于柔性铰链的误差模型.考虑到杆的制造误差、柔性铰链的制造误差、装配误差、驱动部件的运动误差和温度变化引起的杆长不准确,建立相应的矢量闭环方程.分别分析柔性转动副、柔性球副和柔性胡克铰的制造误差和装配误差对微动工作台终端定位精度的影响,详细分析切入半径的误差、切入圆圆心沿x方向的位移偏差、切入圆圆心沿y方向的位移偏差、沿z方向的偏转等柔性铰链制造误差以及垂直度、同轴度等柔性铰链装配误差对微动工作台终端位姿的影响.分析温度和重力对精度的影响.有限元仿真结果表明,温度对微动工作台的影响很大,而重力的影响基本上可以忽略不计.该方法对复杂并联微动机器人的精度设计提供了有效的途径.     

微机数控交流伺服X—Y工作台系统软件的开发与研究

本文针对微机数控交流伺服Ｘ－Ｙ工作台的硬件结构以及其工作机理,介绍了一套可实现应用的微机数控交流伺服系统软件的开发。该系统是以ＢｏｒａｎｄＣ＋＋ＦｏｒＷｉｎｄｏｗｓ编程的多功能界面的人机交互软件,依据国际标准手工编程代码开发的,包含系统监控,插补算法,控制算法等许多模块,已成功应用于的数轨变控制实验以及伺服特性实验,具有很强的可移植性,通用性及实用性,并易于进行二次开发。     

平面3自由度并联微动工作台的运动学分析

讨论了一种平面3自由度柔性并联微动工作台的运动情况。首先建立了机构的两个闭合回路,简化了Y.Yong,T.Lu和D.Handley[3]提出的3条闭合回路的模型。再根据“伪刚体模型”法建立方程,从而得到各柔性铰链的旋转角度及机构的运动情况。最后根据齐次坐标变换得到机构运动输入与输出关系,有助于得到机构的运动空间和范围。     

一种大工作空间密度的压电微动二维工作台设计

针对目前微纳定位工作台工作空间密度小的问题,设计了一种新型二自由度对称式并联微纳定位工作台。分析了影响平行四边形位移放大机构变形的主要因素;对直圆柔性铰链、平行板柔性铰链和倒圆角直梁型柔性铰链进行刚度计算;采用能量法和位移矩阵得出平行四边形位移放大机构输出力和载物台运动位移的计算公式;优化平台尺寸,并对优化后的结果进行有限元仿真和实验分析。实验后得到设计平台的工作空间尺寸为143.7μm×142.1μm,工作空间密度可达2.521μm~2/mm~2,与同类型平台相比,能够实现较大的工作空间密度。     

基于压电陶瓷的新型尺蠖式微位移器的设计

利用压电陶瓷的逆压电效应,基于尺蠖运动原理设计了一种高精度定位的微位移器。本文详细介绍了这种新型尺蠖式微位移器的设计过程。针对当前压电陶瓷驱动电源不能将断电后的压电陶瓷中的电荷放出的缺点,本文所设计的新型放电电路使其放电时间达到毫秒级。通过加入这个放电电路,压电陶瓷将能更快的恢复原形,提高了压电陶瓷的运动精确性。     

新型蠕动式微细电火花加工机构

阐述了小型微细电火花加工机构的研究现状。针对现在遇到的主要问题,设计开发了一种新型的管状结构蠕动式微细电火花加工机构。介绍了该新型机构的原理和实现方式,并对其主要部件进行了理论建模和有限元分析。该新型机构能够对微细电极进行较为有效精确的夹持和定位,响应速度较高,其结构对称,紧凑可靠,可以实现从任意方位任意角度进行加工,有较高的实用价值。     

新型蠕动式微细电火花加工机构

阐述了小型微细电火花加工机构的研究现状.针对现在遇到的主要问题,设计开发了一种新型的管状结构蠕动式微细电火花加工机构.介绍了该新型机构的原理和实现方式,并对其主要部件进行了理论建模和有限元分析.该新型机构能够对微细电极进行较为有效精确的夹持和定位,响应速度较高,其结构对称、紧凑可靠,可以实现从任意方位任意角度进行加工,有较高的实用价值.     

新型蠕动式微细电火花加工装置的设计开发

首先概括阐述了小型化微细电火花加工机构的研究现状。在此基础上,针对现在遇到的主要问题,设计开发了一种新型的管状结构蠕动式微细电火花加工机构,能够对微细电极进行较为有效精确的夹持和定位,响应速度较高。介绍了该新型机构的原理和实现方式,并对其主要部件进行了理论建模和有限元分析。该机构可以实现从任意方位任意角度进行加工,结构对称,紧凑可靠,有较高的实用价值。     

仿尺蠖式气压驱动管道清洁机器人的设计

设计了一种用于管道清洁的气压驱动机器人,机器人由清洁作业单元、纵向驱动单元、横向支撑单元和气压系统四部分组成。清洁作业单元利用气压马达驱动合金刀头旋转,清洁管道内壁;纵向驱动单元由两套相同的驱动模块构成,两套相同的驱动模块通过万向虎克铰连接,带动整个机器人沿管道内壁运动;横向支撑单元通过滑轮与管道内壁接触,为清洁作业单元和纵向驱动单元提供支撑力;气压系统为整个机器人的工作提供动力源和控制信号。提出了机器人的仿尺蠖式运动方式,整套机器人机构简单、设计可靠,可以实现远距离、复杂工况的管道内壁的清洁工作。     

蠕动式压电/电致伸缩微进给定位机构的研究进展

叙述蠕动式压电／电致伸缩微进给定位机的研究现状;基于仿生蠕动和压电致动惯性冲击或ｓｔｉｃｋ－ｓｌｉｐ微进给原理,许多构思巧妙的一维和多维一体的蠕动式压电／电致伸缩微进给定位机构或系统相继问世。迄今,进给刚度和推力较小,以及不连续进给运动制约了蠕动机构的实际应用,进一步的研究将推进蠕动式压电／电致伸缩微进给定位机构的实用化,使其不仅用于测量,亦能用于加工。     

压电尺蠖直线电机的结构设计及特性分析与测试

为实现大行程、高分辨率定位,采用推动式结构来设计压电尺蠖直线电机的新构型。首先,采用斜楔式机构及蝶形弹簧对钳位机构进行了设计,并基于柔性结构对驱动机构进行了设计,所设计的电机结构紧凑、易于调节、可断电自锁;其次,采用有限元对钳位机构和驱动机构的静动态进行了仿真分析;最后,搭建了实验系统,对电机的位移、速度、分辨率进行了测试。结果表明:在4.5 mm的运动范围,电机输出位移具有良好的线性,在50 Hz的驱动电压作用下,电机的运动速度为59.1μm/s,电机输出位移的分辨率为24 nm。     

GMM蠕动微位移机械的研究

本文介绍了一种采用超磁致伸缩材料构成的蠕动微位移机械的结构,仿生运动原理及其控制方式。实验表明,所研制的ＧＭＭ微位移机械在其控制器的作用下,能够可靠地进行双向可控运动。     

基于凸轮自锁原理的伸缩式管道机器人设计

为提高伸缩式管道机器人的负载能力,研制一种基于凸轮自锁原理的伸缩式管道机器人,牵引力不受限于某一固定摩擦力,可随外载荷的增大而增大。应用分析力学原理导出单向锁止机构各参数应满足的关系式,并给出可适应管径变化的凸轮轮廓设计方法,计算出移动机构系统的响应时间,提出一套系统的管道机器人设计理论方法。利用提出的设计方法研制试验样机,并在管道中成功进行一系列试验。研究成果提升了伸缩式管道机器人的负载能力与管道适应性,完善了基于自锁原理伸缩式管道机器人的设计理论。     

一种单向伸缩式管道机器人系统的建模与仿真

介绍了基于单向运动机构的伸缩式管道机器人工作原理,对管道机器人整机系统进行合理简化,得到等效系统模型。根据等效模型,分析直流伺服电机、滚珠丝杠,以及单向运动机构的动力学行为。为了研究系统的输入电压信号和输出的运动速度之间的关系,建立了机器人系统的完整框图模型。利用M atlab对机器人系统进行仿真,分析不同输入信号下系统的响应特性,为管道机器人的机构设计和控制器设计提供理论依据。